Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Dao Động Xe Tải Tới Khả Năng Ổn Định Ngành Khi Làm Việc Trên Điều Kiện Đường Lâm Nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN DOÃN TOÀN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG XE TẢI

TỚI KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH NGANG KHI LÀM VIỆC TRÊN

ĐIỀU KIỆN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. TRẦN VĂN TÙNG

Hà Nội, 2021

i

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,

kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong

bất kỳ công trình nghiên cứu náo khác.

Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên

cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận

đánh giá luận văn của hội đồng khoa học.

Hà Nội, ngày ........tháng.......năm 2021

Người cam đoan

Nguyễn Doãn Toàn

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, để hoàn thiện khóa học thạc sĩ

Kỹ thuật cơ khí. Tôi đã tiến hành làm luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên

cứu ảnh hưởng của dao động ngang xe tải tới khả năng ổn định khi làm việc

trên điều kiện đường lâm nghiệp”.

Để hoàn thành được nội dung luận văn tôi xin chân thành cảm ơn:

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình

đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành khóa luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn các Thầy cô giáo Khoa Cơ điện và Công trình

Trường Đại học Lâm Nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện về chuyên

môn để tôi hoàn thiện khóa luận văn.

Xin chân thành cảm ơn Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Văn Tùng lời

cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.

Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè và đặc biệt gia đình, người

thân, đã luôn bên cạnh, ủng hộ, động viên.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày ........tháng.......năm 2021

Tác giả luận văn

Nguyễn Doãn Toàn

.

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................i

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................ii

MỤC LỤC.......................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. v

DANH MỤC CÁC HÌNH..............................................................................vi

ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1

Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................... 3

1.1. Tình hình phát triển rừng trồng và nhu cầu vận chuyển gỗ rừng trồng

hiện nay.......................................................................................................... 3

1.2. Tổng quan về các loại phương tiện phục vụ trong vận chuyển gỗ nhỏ

rừng trồng....................................................................................................... 7

1.3. Tổng quan về đường lâm nghiệp. ......................................................... 12

1.4. Tình hình nghiên cứu về dao động ô tô ................................................ 14

Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU............................................................................................... 19

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 19

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................... 19

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu........................................................................ 20

2.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 20

2.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.................................................. 20

2.3.1. Nội dung nghiên cứu ...................................................................... 20

2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 21

2.4.1. Các phương pháp cơ học ............................................................... 21

2.4.2. Các phần mềm ứng dụng để nghiên cứu dao động........................ 24

2.4.3. Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động ..................... 27

Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ TẢI KHI VẬN

CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP......................................... 30

3.1. Một số giả thiết khi xây dựng mô hình................................................. 30

iv

3.2. Mô hình dao động của xe trong mặt phẳng thẳng đứng dọc ................ 30

3.3. Mô hình dao động của xe trong mặt phẳng thẳng đứng ngang ............ 33

3.4. Mô hình dao động của xe trong không gian 3 chiều ............................ 36

3.5. Lập hệ phương trình vi phân dao động của ô tô ................................... 38

3.6. Giải hệ phương trình vi phân mô phỏng dao động của liên hợp máy .. 44

3.6.1. Xây dựng chương trình mô phỏng.................................................. 44

3.6.2. Tiến hành khảo sát dao động của xe ô tô bằng chương trình mô phỏng ..51

Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................ 59

4.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm....................................................... 59

4.2. Đối tượng .............................................................................................. 59

4.3. Điều kiện thực nghiệm.......................................................................... 59

4.4. Trang thiết bị thực nghiệm ................................................................... 59

4.4.1. Thiết bị đo DMC Plus .................................................................... 60

4.4.2. Cảm biến đo gia tốc ....................................................................... 61

4.5. Bố trí sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm ................................................... 62

4.6. Tiến hành thực nghiệm ......................................................................... 63

4.7. Kết quả thực nghiệm............................................................................. 65

4.8. So sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm........................................... 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 68

PHỤ LỤC

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Mục tiêu phát triển ngành lâm nghiệp đến năm 2025 ...................... 5

Bảng 1.2. Kết quả thực hiện một số chỉ tiêu phát triển ngành lâm nghiệp....... 6

Bảng 1.3. Chỉ tiêu kế hoạch 5 năm 2021 – 2025 ngành lâm nghiệp [3]........... 7

Bảng 2.1. Thông số cơ bản của xe tải FAW ................................................... 19

Bảng 3.1. Phản lực pháp tuyến nhỏ nhất lên bánh trước bên phải F1p (N) ..... 57

Bảng 3.2 Phản lực pháp tuyến nhỏ nhất lên bánh trước bên trái F1t (N) ........ 57

Bảng 3.3. Phản lực pháp tuyến nhỏ nhất lên bánh sau bên phải h2p (N)........ 58

Bảng 3.4. Phản lực pháp tuyến lên bánh sau bên trái h2t (N).......................... 58

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Ô tô lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ dài ......................................... 9

Hình 1.2. Ô tô lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ ngắn .................................... 10

Hình 1.3. Vận chuyển gỗ bằng xe REO.......................................................... 10

Hình 1.4. Xe ô tô tải cỡ nhỏ vận chuyển chuyển gỗ rừng trồng ..................... 11

Hình 1.5. Các phần tử cơ bản của thiết bị đo mặt cắt dọc kiểu động ............. 13

Hình 3.1. Mô hình dao động của xe ôtô trong mặt phẳng thẳng đứng dọc .... 31

Hình 3.2. Mô hình lực tác dụng lên xe ôtô trong mặt phẳng thẳng đứng dọc 32

Hình 3.3. Mô hình dao động của xe ôtô trong mặt phẳng thẳng đứng ngang 33

Hình 3.4. Mô hình lực tác dụng lên xe ôtô trong mặt phẳng thẳng đứng ngang ...35

Hình 3.5. Mô hình dao động của xe ôtô trong mặt phẳng thẳng đứng ngang 36

Hình 3.6. Sơ đồ khối mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên Matlab........ 44

Hình 3.7. Sơ đồ khối phương trình 1 .............................................................. 45

Hình 3.8. Sơ đồ khối phương trình 2 .............................................................. 45

Hình 3.9. Sơ đồ khối phương trình 3 .............................................................. 46

Hình 3.10. Sơ đồ khối phương trình 4 ............................................................ 46

Hình 3.11. Sơ đồ khối phương trình ............................................................... 47

Hình 3.12. Sơ đồ khối phương trình 6 ............................................................ 47

Hình 3.13. Sơ đồ khối phương trìnH .............................................................. 48

Hình 3.14. Sơ đồ khối phương trình tính phản lực bánh trước bên trái.......... 48

Hình 3.15. Sơ đồ khối phương trình tính phản lực bánh trước bên phải ........ 49

Hình 3.16. Sơ đồ khối phương trình tính phản lực bánh sau bên trái............. 49

Hình 3.17. Sơ đồ khối phương trình tính phản lực bánh sau bên phải ........... 50

Hình 3.18. Sơ đồ khối mô phỏng phương trình mặt đường............................ 50

Hình 3.19. Đồ thị tọa độ trọng tâm ô tô theo thời gian................................... 52

Hình 3.20. Đồ thị vận tốc tọa độ trọng tâm ô tô theo thời gian ...................... 52

Hình 3.21. Đồ thị gia tốc tọa độ trọng tâm ô tô theo thời gian ....................... 52

Hình 3.22. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh trước bên phải F1p .............. 53

vii

Hình 3.23. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh trước bên trái F1t ................ 53

Hình 3.24. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh sau bên phải F2p ................. 53

Hình 3.25. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh sau bên trái F2t ................... 54

Hình 3.26. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh trước bên phải F1p .............. 54

Hình 3.27. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh trước bên trái F1t ................ 55

Hình 3.28. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh sau bên phải F2p ................. 55

Hình 3.29. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh sau bên trái F2t ................... 55

Hình 3.30. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh trước bên phải F1p .............. 56

Hình 3.31. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh trước bên trái F1t ................ 56

Hình 3.32. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh sau bên phải F2p ................. 56

Hình 3.33. Đồ thị phản lực pháp tuyến lên bánh sau bên trái F2t ................... 57

Hình 4.1. Thiết bị DMC Plus.......................................................................... 60

Hình 4.2. Đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm......................................... 61

Hình 4.1. Sơ đồ bố trí nghiên cứu thực nghiệm.............................................. 62

Hình 4.3. Khảo sát, lựa chọn tuyến đường thực nghiệm ................................ 63

Hình 4.4. Gắn đầu đo gia tốc lên thân xe........................................................ 64

Hình 4.5. Kết nối đầu đo với thiết bị DMC và nối DMC với máy tính.......... 64

Hình 4.6. Tiến hành đo thực nghiệm .............................................................. 65

Hình 4.7. Đồ thị gia tốc dao động thẳng đứng của xe với γ = 0 và mấp mô mặt

đường h0 = 50 mm........................................................................................... 65

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Vận chuyển lâm sản là một trong những khâu công việc rất quan trọng

trong quy trình công nghệ sản xuất lâm nghiệp. Hiện nay ở nước ta, vận

chuyển lâm sản được sử dụng bằng nhiều loại hình: Vận chuyển bằng ôtô,

máy kéo, vận chuyển bằng xe hoả, vận chuyển bằng đường thuỷ...Tuỳ theo cự

ly vận chuyển và loại lâm sản, quy cách lâm sản mà người ta chọn loại hình

vận chuyển cho phù hợp.

Với loại gỗ nhỏ rừng trồng hiện nay chủ yếu cung cấp nguyên liệu cho

các nhà máy giấy, sản xuất dăm xuất khẩu, sản xuất ván dăm, ván ghép thanh,

cung cấp gỗ cho khai thác mỏ (gỗ trụ mỏ)... Loại gỗ này có đường kính nhỏ,

cắt khúc ngắn từ (2 – 4 m), gỗ sau khi khai thác được vận xuất ra bãi gỗ hoặc

cạnh các trục đường vận chuyển rồi được bốc lên ôtô, máy kéo vận chuyển

đến bãi II hoặc nơi tiêu thụ.

Ở các lâm trường, công ty lâm nghiệp hoặc thậm trí là các hộ gia đình

trồng rừng hiện nay thường sử dụng các loại ô tô tải cỡ nhỏ, máy kéo để vận

chuyển gỗ. Trong đó loại xe được sử dụng tương đối thịnh hành là từ 1,5 tấn

đến 5 tấn có khả năng đổ ben. Đây là loại xe có khả năng cơ động cao, phù

hợp với điều kiện địa hình ở Việt Nam và phù hợp với khả năng đầu tư của hộ

gia đình, công ty, lâm trường...

Về hệ thống đường trong các khu khai thác về cơ bản đã được định

hình, ô tô vận chuyển có thể di chuyển tới bên cạnh ô khai khác để vận

chuyển gỗ. Tuy nhiên, do đặc thù đường lâm nghiệp nên mặt đường xấu,

thường là đường đất hoặc đường cấp phối hoặc đường nhựa. Đặc điểm của

đường là xuất hiện nhiều chướng ngại vật, gò đất cao, hố lún sâu...

Vấn đề nghiên cứu tác động của đường lâm nghiệp tới khả năng ổn

định của xe tải cỡ trung và nhỏ cũng đã được một số công trình nghiên cứu đề

cập tới. Tuy nhiên, vấn đề ổn định động ngang của xe tải loại này trên đường

lâm nghiệp thì còn rất ít công trình công bố.

2

Xuất phát từ thực tiễn trên, được sự nhât trí của người hướng dẫn – TS.

Trần Văn Tùng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng của

dao động xe tải tới khả năng ổn định ngang khi làm việc trên điều kiện

đường lâm nghiệp”.

3

Chương 1.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình phát triển rừng trồng và nhu cầu vận chuyển gỗ rừng

trồng hiện nay

Trong những năm gần đây, được sự quan tâm chỉ đạo của Đảng và Nhà

nước, sự phối hợp chặt chẽ của chính quyền địa phương các cấp, công tác

phát triển lâm nghiệp đã đạt được nhiều thành quả đáng kể. Người dân đã

thực sự quan tâm và phát triển nghề rừng, đặc biệt là công tác trồng rừng.

Sau 5 năm thực hiện Chương trình mục tiêu phát triển Lâm nghiệp bền

vững giai đoạn 2016 - 2020 (Quyết định số 886/QĐ-TTg ngày 16/6/2017) và

Đề án tái cơ cấu ngành (Quyết định số 1565/QĐ-BNN-TCLN ngày

08/7/2013), ngành lâm nghiệp đã đạt được nhiều kết quả tích cực trong công

tác bảo vệ rừng và bảo tồn thiên nhiên, hệ sinh thái; nâng cao năng suất và

chất lượng rừng; nâng cao giá trị lâm nghiệp, phát triển công nghiệp chế biến

gỗ... Diện tích rừng được cấp chứng chỉ quản lý rừng bền vững (FSC) lũy kế

đạt 287.061 ha, năm 2020 ước đạt 100 nghìn ha, gấp 2,45 lần so với năm

2015. Năng suất và chất lượng rừng tiếp tục được cải thiện; đã tập trung thực

hiện mạnh các giải pháp bảo vệ và chăm sóc rừng; tuyên truyền và hướng dẫn

người dân chuyển từ rừng trồng thu hoạch gỗ nhỏ sang rừng gỗ lớn. Bên cạnh

đó, nhờ việc tích cực triển khai Đề án bảo vệ và phát triển rừng ven biển ứng

phó với BĐKH giai đoạn 2015 – 2020 (Quyết định số 120/QĐ-TTg ngày

22/01/2015, được điều chỉnh, bổ sung bởi Quyết định số 770/QĐ-TTg ngày

23/06/2019), nên rừng tự nhiên được bảo vệ tốt hơn, rừng sản xuất và chế

biến đồ gỗ, lâm sản phát triển mạnh hơn giai đoạn trước. Quản lý rừng bền

vững đã được Bộ và nhiều địa phương quan tâm [11].

Tốc độ tăng GTSX lâm nghiệp: Sản xuất lâm nghiệp giai đoạn 2016 –

2020 ở mức ổn định và không có nhiều thay đổi rõ rệt. Tốc độ tăng trưởng

GTSX lâm nghiệp giảm mạnh vào năm 2017 và từng bước phục hồi trong